(57)【要約】【課題】  機能性粒子から成る機能層が基材の表面に形成された機能性部材において、その性能の向上と信頼性の確保とを両立させる。【解決手段】  機能性部材としての吸着フィン（20）では、基材（25）の表面上に機能層（23）が形成される。機能層（23）には、底層側の第１粒子層（21）と表層側の第２粒子層（22）とが形成されている。第１粒子層（21）を構成するゼオライト粒子（28）の平均粒径は、第２粒子層（22）を構成するゼオライト粒子（26）の平均粒径よりも大きくなっている。平均粒径の比較的大きいゼオライト粒子（28）で構成された第１粒子層（21）では、ゼオライト粒子（28）同士の間に比較的大きな隙間が形成される。吸着フィン（20）が熱変形した際には、ゼオライト粒子（28）の変位が第１粒子層（21）の隙間によって吸収され、ゼオライト粒子（28）に作用する応力が緩和される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能性粒子（26,28）から成る機能層（23）が基材（25）の表面に形成された機能性部材であって、
上記機能層（23）では、基材（25）に隣接する機能性粒子（28）の平均粒径が該機能層（23）の表面に露出する機能性粒子（26）の平均粒径よりも大きくなっている機能性部材。
【請求項２】
機能性粒子（26,28）から成る機能層（23）が基材（25）の表面に形成された機能性部材であって、
上記機能層（23）では、上記基材（25）に隣接する部分が底層部（21）を構成しており、上記底層部（21）を構成する機能性粒子（28）の平均粒径が該底層部（21）以外の部分を構成する機能性粒子（26）の平均粒径よりも大きくなっている機能性部材。
【請求項３】
機能性粒子（26,28）から成る機能層（23）が基材（25）の表面に形成された機能性部材であって、
上記機能層（23）は、それぞれ異なる平均粒径の機能性粒子（26,28）から成る複数の粒子層（21,22）が積層された構造となっており、
上記基材（25）に近い粒子層（21,22）ほど平均粒径の大きな機能性粒子（28）で構成されている機能性部材。
【請求項４】
請求項１，２または３に記載の機能性部材において、
機能性粒子（26,28）は、吸着剤で構成されている機能性部材。
【請求項５】
請求項１，２または３に記載の機能性部材において、
機能性粒子（26,28）は、ガス中の臭気成分または有害成分を分解するガス処理用触媒で構成されている機能性部材。
【請求項６】
請求項１，２または３に記載の機能性部材において、
基材（25）の材質がアルミニウムである機能性部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機能性粒子から成る機能層が基材の表面に形成された機能性部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、フィンの表面に吸着剤を備える吸着熱交換器が開示されている。この吸着熱交換器は、基材であるアルミニウム製フィンの表面に機能性粒子としての吸着剤粒子を担持させたものであり、機能性部材を構成している。つまり、基材であるアルミニウム製フィンの表面には、吸着剤粒子から成る機能層が形成されている。そして、この機能層の吸着剤粒子を空気と接触させ、空気中の水蒸気を吸着剤粒子に吸着させたり、吸着剤粒子から脱離した水蒸気を空気へ付与したりする。
【０００３】
また、特許文献２には、アルマイト処理を施したアルミニウム材の表面に機能層を形成した機能性部材が開示されている。この機能性部材に形成された機能層は、発光顔料、磁性材料、吸着剤などから成る機能性粒子によって構成されている。
【特許文献１】特開平７−２６５６４９号公報
【特許文献２】特許第３４４５１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の機能性部材では、出来るだけ平均粒径の小さな機能性粒子で機能層を形成することで性能向上を図る場合が多い。例えば、機能性粒子が調湿用の吸着剤で構成されている場合には、その平均粒径が小さくなるほど機能性粒子と空気の接触面積が拡大するため、機能性部材に吸脱着される水蒸気の量が増大する。そして、機能性粒子の平均粒径が小さくなるほど機能性粒子同士の隙間も狭くなり、機能層が緻密な構造になってゆく。
【０００５】
ところが、機能性部材の使用中にその温度が変動する場合には、基材上に形成された機能層の緻密さが増すにつれて、機能層が基材から剥がれ落ちる可能性が高くなる。つまり、機能性部材では基材と機能層の熱膨張率が互いに相違しているのが通常であり、機能性部材の温度が変化した場合には、機能層のうち基材に近い底層部分と基材から遠い表層部分とで変位量が相違することになる。そして、機能層全体が緻密な構造になっていると、機能層のうち基材に近い底層部分で熱膨張による変位を吸収しにくくなり、この部分の機能性粉体に大きな応力が作用することになる。このため、機能性粉体の割れなどに起因して機能性粉体同士の接合力が弱まり、最終的には機能層が基材から脱落するおそれがあった。
【０００６】
このように、従来の機能性部材では、その性能を向上させるために機能性粒子の平均粒径を小さくすると機能層が脱落しやすくなって信頼性が損なわれ、逆に信頼性を重視すると充分な性能が得られないという問題があった。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、機能性粒子から成る機能層が基材の表面に形成された機能性部材において、その性能の向上と信頼性の確保とを両立させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、機能性粒子（26,28）から成る機能層（23）が基材（25）の表面に形成された機能性部材を対象としている。そして、上記機能層（23）では、基材（25）に隣接する機能性粒子（28）の平均粒径が該機能層（23）の表面に露出する機能性粒子（26）の平均粒径よりも大きくなっているものである。
【０００９】
第２の発明は、機能性粒子（26,28）から成る機能層（23）が基材（25）の表面に形成された機能性部材を対象としている。そして、上記機能層（23）では、上記基材（25）に隣接する部分が底層部（21）を構成しており、上記底層部（21）を構成する機能性粒子（28）の平均粒径が該底層部（21）以外の部分を構成する機能性粒子（26）の平均粒径よりも大きくなっているものである。
【００１０】
第３の発明は、機能性粒子（26,28）から成る機能層（23）が基材（25）の表面に形成された機能性部材を対象としている。そして、上記機能層（23）は、それぞれ異なる平均粒径の機能性粒子（26,28）から成る複数の粒子層（21,22）が積層された構造となっており、上記基材（25）に近い粒子層（21,22）ほど平均粒径の大きな機能性粒子（28）で構成されているものである。
【００１１】
第４の発明は、上記第１，第２または第３の発明において、機能性粒子（26,28）は、吸着剤で構成されているものである。
【００１２】
第５の発明は、上記第１，第２または第３の発明において、  機能性粒子（26,28）は、ガス中の臭気成分または有害成分を分解するガス処理用触媒で構成されるものである。
【００１３】
第６の発明は、上記第１，第２または第３の発明において、  基材（25）の材質がアルミニウムであるものである。
【００１４】
−作用−
上記第１の発明では、基材（25）の表面上に機能層（23）を形成することで機能性部材（20）が構成される。この機能層（23）において、基材（25）に隣接する機能性粒子（28）の平均粒径は、該機能層（23）の表面に露出する機能性粒子（26）の平均粒径よりも大きくなっている。つまり、機能層（23）では、基材（25）に隣接する部位が平均粒径の比較的大きい機能性粒子（28）で構成されており、この部位に比較的大きな隙間が形成される。
【００１５】
上記第２の発明では、基材（25）の表面上に機能層（23）を形成することで機能性部材（20）が構成される。この機能層（23）では、上記基材（25）に隣接する部分が底層部（21）を構成している。また、機能層（23）を構成する機能性粒子（26,28）のうち底層部（21）を構成するものの平均粒径は、底層部（21）以外の部分を構成するものの平均粒径に比べて大きくなっている。つまり、機能層（23）では、基材（25）に隣接する部位が平均粒径の比較的大きい機能性粒子（28）で構成されており、この部位に比較的大きな隙間が形成される。
【００１６】
上記第３の発明では、基材（25）の表面上に機能層（23）を形成することで機能性部材（20）が構成される。この機能層（23）は、複数の粒子層（21,22）が積層された構造となっている。機能層（23）に設けられた複数の粒子層（21,22）は、それぞれを構成する機能性粒子（26,28）の平均粒径が互いに相違している。また、基材（25）に近い粒子層（21,22）ほど、平均粒径の大きな機能性粒子（26,28）で構成されている。つまり、機能層（23）では、基材（25）に隣接する部位が平均粒径の比較的大きい機能性粒子（28）で構成されており、この部位に比較的大きな隙間が形成される。
【００１７】
上記第４の発明では、機能層（23）を形成する機能性粒子（26,28）が吸着剤によって構成される。処理対象としての空気を機能層（23）に接触させると、機能性粒子（26,28）に空気中の水蒸気、臭気物質、有害物質などが吸着される。また、処理対象としての空気を接触させつつ機能層（23）を加熱すると、機能性粒子（26,28）から水蒸気などが脱離して機能性粒子（26,28）が再生される。
【００１８】
上記第５の発明では、機能層（23）を形成する機能性粒子（26,28）がガス処理用触媒によって構成される。処理対象としてのガスを機能層（23）に接触させ、紫外線の照射や加熱などにより機能性粒子（26,28）を活性化させると、ガス中の臭気物質や有害物質が機能性粒子（26,28）によって分解されて無臭化あるいは無害化される。
【００１９】
上記第６の発明では、熱膨張率が比較的大きいアルミニウム製の基材（25）上に機能層（23）が形成される。
【発明の効果】
【００２０】
上述のように、本発明に係る機能性部材（20）の機能層（23）では、基材（25）に隣接する部位に比較的大きな隙間が形成されており、当該部分の構造が比較的粗くなっている。つまり、この機能層（23）では、基材（25）近傍の部分、即ち温度変化に伴う変位量が大きくなる部分の構造が粗くなっている。このため、機能層（23）のうち基材（25）に隣接する部分では、温度変化に伴う変位を当該部分に形成された比較的大きな隙間で吸収することができ、当該部分の機能性粒子（28）に作用する応力を緩和できる。従って、本発明によれば、機能性部材（20）を温度変動が大きい状態で使用する場合も、基材（25）からの機能層（23）の脱落を確実に抑制できる。
【００２１】
また、本発明の機能層（23）において、少なくとも表面に露出した機能性粒子（26）は、基材（25）近傍に位置する機能性粒子（28）に比べて平均粒径が小さくなっている。つまり、機能層（23）の表層部分に位置していて空気等の処理対象と接触する可能性の高い機能性粒子（26）は、その平均粒径が小さくなっている。このため、機能層（23）の表層部分では、機能性粒子（26）と処理対象の接触面積を充分に確保することができる。
【００２２】
このように、本発明によれば、温度変化に起因する基材（25）からの機能層（23）の脱落を抑制でき、更には機能層（23）の表層部分で機能性粒子（26）と処理対象の接触面積を確保できる。従って、本発明によれば、機能層（23）と処理対象の接触面積を確保して機能性部材（20）の性能を向上させることができると共に、機能層（23）が基材（25）から脱落するのを抑制して機能性部材（20）の信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
図１に示すように、機能性部材である吸着フィン（20）は、吸着熱交換器（10）を構成している。吸着熱交換器（10）では、多数の吸着フィン（20）が並べて配置されると共に、各吸着フィン（20）を貫通するように伝熱管（11）が設けられている。伝熱管（11）の内部では、冷媒や温水などの熱媒体が流通する。
【００２５】
図２にも示すように、上記吸着フィン（20）は、細長い薄板状に形成されたアルミニウム製の基材（25）と、この基材（25）の表面に形成された機能層（23）とによって構成されている。機能層（23）は、基材（25）に隣接する第１粒子層（21）と、第１粒子層（21）の上に形成された第２粒子層（22）とによって構成されている。
【００２６】
第１粒子層（21）及び第２粒子層（22）は、それぞれが機能性粒子としてのゼオライト粒子（26,28）によって構成されている。第１粒子層（21）は、平均粒径３０μｍ程度のゼオライト粒子（28）で構成されている。一方、第２粒子層（22）は、平均粒径１０μｍ程度のゼオライト粒子（26）で構成されている。ゼオライト粒子（26,28）は、空気中の水蒸気を吸着する吸着剤として機能する。尚、この種の吸着剤としては、ゼオライトの他に、アルミナ、シリカなどが例示される。
【００２７】
このように、上記機能層（23）において、底層部である第１粒子層（21）を構成するゼオライト粒子（28）の平均粒径は、底層部以外の部分である第２粒子層（22）を構成するゼオライト粒子（26）の平均粒径よりも大きくなっている。このため、第１粒子層（21）では、ゼオライト粒子（28）同士の間に比較的大きな隙間が形成される。そして、上記機能層（23）では、第１粒子層（21）の構造が第２粒子層（22）の構造に比べて粗くなっている。
【００２８】
基材（25）の表面に形成された機能層（23）では、各ゼオライト粒子（26,28）の表面にバインダ（27）が点在する状態となっている。この機能層（23）において、ゼオライト粒子（26,28）は、その表面に点在するバインダ（27）によって他のゼオライト粒子（26,28）や基材（25）と接合される。
【００２９】
上記吸着熱交換器（10）では、吸着フィン（20）の間を通過する空気が吸着フィン（20）表面の機能層（23）と接触する。機能層（23）を構成するゼオライト粒子（26,28）に空気中の水分を吸着させる場合には、伝熱管（11）内へ冷却用の熱媒体を導入し、吸着熱を熱媒体に吸熱させる。一方、機能層（23）を構成するゼオライト粒子（26,28）から水分を脱離させる場合は、伝熱管（11）内へ加熱用の熱媒体を導入してゼオライト粒子（26,28）を加熱する。
【００３０】
−吸着フィンの製造方法−
吸着フィン（20）の製造方法について、図３を参照しながら説明する。この製造方法では、順に分散工程と混入工程と付着工程とを行う過程が二回繰り返される。
【００３１】
この製造方法の準備段階では、有機溶媒に平均粒径３０μｍ程度のゼオライト粒子（28）を混入した第１の原料液と、有機溶媒に平均粒径１０μｍ程度のゼオライト粒子（26）を混入した第２の原料液とが調製される。液媒体である有機溶媒としては、メタノール、エタノールなどが例示される。有機溶媒に加えるゼオライト粉末の量は、有機溶媒１リットルあたり４０ｇ以下である。有機溶媒と混ぜ合わされた状態で、ゼオライト粒子（26）はマイナス(−)に帯電した状態となる。
【００３２】
先ず、第１粒子層（21）を形成するために、分散工程と混入工程と付着工程とが順に行われる。
【００３３】
上記分散工程では、第１の原料液に対して超音波振動が付与される。これによって、第１の原料液では、有機溶媒中にゼオライト粒子（26）が均一に分散した状態となる。
【００３４】
上記混入工程では、分散工程を経た第１の原料液に対してバインダ溶液が加えられる。バインダとしては、ポリビニルブチル、ポリエチレングリコール、ブチルアクリレートなどが例示される。この混入工程で第１の原料液に混入されるバインダの量は、有機溶媒１リットルあたり１ｇ以下である。
【００３５】
上記付着工程は、混入工程が完了した直後に開始される。この付着工程では、基材（25）の表面にゼオライト粉末が電気泳動法によって付着される。具体的に、付着工程では、混入工程を経た第１の原料液に基材（25）と白金電極（31）とが浸漬される。また、基材（25）は直流電源（30）のプラス(＋)極に、白金電極（31）は直流電源（30）のマイナス(−)極にそれぞれ接続される。この状態で基材（25）に電圧を印加すると、マイナス(−)に帯電したゼオライト粒子（26）が基材（25）に引き寄せられて付着し、基材（25）の表面に平均粒径３０μｍ程度のゼオライト粒子（28）から成る第１粒子層（21）が形成される。この付着工程では、基材（25）に約６００Ｖ程度の電圧が印加される。
【００３６】
次に、第２粒子層（22）を形成するために、分散工程と混入工程と付着工程とが順に行われる。
【００３７】
上記分散工程では、第２の原料液に対して超音波振動が付与される。これによって、第２の原料液では、有機溶媒中にゼオライト粒子（26）が均一に分散した状態となる。
【００３８】
上記混入工程では、分散工程を経た第２の原料液に対してバインダ溶液が加えられる。この混入工程で第２の原料液に混入されるバインダの量は、第１粒子層（21）を形成する場合と同様である。
【００３９】
上記付着工程は、混入工程が完了した直後に開始される。この付着工程では、第１粒子層（21）を形成する場合と同様に、基材（25）の表面にゼオライト粉末が電気泳動法によって付着される。つまり、第２の原料液に浸漬された基材（25）及び白金電極（31）に６００Ｖ程度の電圧が印加され、第１粒子層（21）の上に平均粒径１０μｍ程度のゼオライト粒子（26）から成る第２粒子層（22）が形成される。
【００４０】
−実施形態の効果−
上述のように、本実施形態の吸着フィン（20）では、アルミニウム製の基材（25）上にゼオライト粒子（26,28）から成る機能層（23）が形成されている。つまり、この吸着フィン（20）では、基材（25）の熱膨張率が機能層（23）の熱膨張率に比べてかなり大きくなっている。更に、吸着熱交換器（10）において、機能層（23）に空気中の水分を吸着させる場合には吸着フィン（20）が例えば５℃程度にまで冷却され、機能層（23）から水分を脱離させる場合には吸着フィン（20）が例えば６０℃程度にまで加熱される。つまり、この吸着フィン（20）は、その温度が使用中に大きく変動する。このため、機能層（23）において、基材（25）に近い第１粒子層（21）のゼオライト粒子（28）は、基材（25）から遠い第２粒子層（22）のゼオライト粒子（26）に比べて、吸着フィン（20）の温度変化に伴う変位量が大きくなる。
【００４１】
一方、上記吸着フィン（20）の機能層（23）では、基材（25）に隣接する第２粒子層（22）に比較的大きな隙間が形成されており、第２粒子層（22）の構造が第１粒子層（21）の構造に比べて粗くなっている。このため、機能層（23）のうち基材（25）に隣接する第２粒子層（22）では、温度変化に伴うゼオライト粒子（28）の変位を第２粒子層（22）に形成された比較的大きな隙間で吸収することができ、第２粒子層（22）のゼオライト粒子（28）に作用する応力を緩和できる。従って、本実施形態によれば、吸着熱交換器（10）の使用中に吸着フィン（20）の温度が繰り返し大きく変動しても、基材（25）からの機能層（23）の脱落を確実に抑制できる。
【００４２】
また、上記吸着フィン（20）の機能層（23）において、その表面側に位置する第２粒子層（22）のゼオライト粒子（26）は、第１粒子層（21）のゼオライト粒子（28）に比べて平均粒径が小さくなっている。つまり、第２粒子層（22）に位置していて空気等の処理対象と接触する可能性の高いゼオライト粒子（26）は、その平均粒径が小さくなっている。このため、機能層（23）の第２粒子層（22）では、ゼオライト粒子（26）と処理対象の接触面積を充分に確保することができる。
【００４３】
このように、本実施形態によれば、温度変化に起因する基材（25）からの機能層（23）の脱落を抑制でき、更には機能層（23）の第２粒子層（22）でゼオライト粒子（26）と処理対象の接触面積を確保できる。従って、本実施形態によれば、機能層（23）と処理対象の接触面積を確保して吸着フィン（20）の性能を向上させることができると共に、機能層（23）が基材（25）から脱落するのを抑制して吸着フィン（20）の信頼性を向上させることができる。
【００４４】
−その他の実施形態−
上記実施形態では、吸着熱交換器（10）の吸着フィン（20）に本発明を適用したものについて説明したが、本発明の適用対象は、この吸着フィン（20）に限定されない。例えば、上述のような機能層（23）をハニカム状に形成された基材の表面に形成することで機能性部材を構成し、この機能性部材を吸着ロータに利用してもよい。
【００４５】
また、上記実施形態において、基材（25）の材質はアルミニウム以外の金属、例えば銅などであってもよい。また、基材（25）の材質は、金属以外のもの、例えば繊維紙やセラミック紙のような無機材料であってもよい。
【００４６】
また、上記実施形態において、機能性粒子を構成する吸着剤は、空気中の水蒸気を吸着するものに限定されない。例えば、二酸化炭素や一酸化炭素などの有害物質、あるいはアンモニア等の臭気物質を主に吸着する吸着剤によって機能性粒子を構成してもよい。
【００４７】
また、上記実施形態において、機能性粒子は吸着剤以外のもの、例えば空気中の臭気成分や有害成分を分解して無臭化あるいは無害化するためのガス処理用触媒であってもよい。このガス処理用触媒の例としては、酸化チタン(TiO2)などの光触媒、金(Au),プラチナ(Pt),パラジウム(Pd)などの貴金属系の触媒、ニッケル(Ni),亜鉛(Zn),銅(Cu)などの酸化物から成る酸化物系の触媒が挙げられる。
【００４８】
また、上記実施形態の吸着フィン（20）では、機能層（23）が三つ以上の層で構成されていてもよい。例えば、第２粒子層（22）の上に平均粒径５μｍ程度のゼオライト粒子から成る粒子層を更に形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上説明したように、本発明は、機能性粒子から成る機能層が基材の表面に形成された機能性部材について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】吸着熱交換器の構成を示す概略斜視図である。
【図２】機能層の構造を示す吸着フィンの拡大断面図である。
【図３】吸着フィンの製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【００５１】
（20）  吸着フィン（機能性部材）
（21）  第１粒子層（底層部）
（22）  第２粒子層
（23）  機能層
（25）  基材
（26）  ゼオライト粒子
（28）  ゼオライト粒子
【図１】
2005168593.tif 000003
【図２】
2005168593.tif 000004
【図３】
2005168593.tif 000005